Effect of Water Super Absorbent Hydrogel on Yield and Some Physiological Characteristics of Common Bean, Sesame and Maize in Drought Conditions

Document Type : Research Paper

Authors

1 Associate Professor of Ferdowsi University of Mashhad

2 Assistant Professor of Gonabad University

3 B. Student of Gonabad University

4 Ph.D student Ferdowsi University of Mashhad

Abstract

In order to evaluate effect of water superabsorbent application on yield and some physiological characteristics and water productivity of common bean (Phaseolus vulgaris L.), sesame (Sesamum indicum L.) and maize (Zea mays L.) in water stress conditions, a split plots experiment based on RCBD design with three replications was conducted during 2015-2016 growing season, in Research Farm of Ferdowsi University of Mashhad, Iran. Irrigation levels (50 and 100 percent of water requirement) and application (80 kg.ha-1) and non-application of water superabsorbent assigned to main and sub plots, respectively. The results showed that in bean, the highest seed yield (2191kg.ha-1), dry matter yield (4588 kg.ha-1), weight seed per plant (10.89 g), height plant (97 cm), LAI (9.39), CGR (8.35 g.m-2.day-1), soil nitrogen (0.163%), phosphorous (0.0082%) and pH (9.68) obtained in treatment of 100 percent of water requirement and application of water superabsorbent. In sesame, application of water superabsorbent in drought stress conditions (50 percent of water requirement) increased seed weight per plant (22.17 g), plant height (91 cm), LAI (9.70), CGR (6.58 g.m-2.day-1) and soil nitrogen (0.101%), phosphorous (0.0063%) and pH (9.32) by 24, 30, 32, 59, 20, 44 and 17 percent compared to control, respectively. In maize, the highest seed yield (22522 kg.ha-1), dry matter yield (39502 kg.ha-1), seed weight per plant (332 g), plant height (194 cm), LAI (8.10), CGR (9.43 g.m-2.day-1) and soil nitrogen (0.095%) and pH (9.70) observed in treatment of 100 percent of water requirement and application of water superabsorbent.

Keywords

Main Subjects

اثر هیدروژل سوپرجاذب رطوبت بر عملکرد و برخی صفات فیزیولوژیک لوبیا، کنجد و ذرت در شرایط خشکی

محسن جهان1، محمد بهزاد امیری2*، نگار ناصری آبکوه2، میلاد صالح‎آبادی2 و مریم جوادی1

1 ایران، مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه آگرواکولوژی

2 ایران، مشهد، مجتمع آموزش عالی گناباد

تاریخ دریافت: 8/05/1398            تاریخ پذیرش: 4/6/1398

چکیده

در راستای بررسی اثر کاربرد سوپرجاذب رطوبت بر عملکرد و برخی صفات فیزیولوژیک و بهره‎وری آب لوبیا (Phaseolus vulgaris L.)، کنجد (Sesamum indicum L.) و ذرت (Zea mays L.) در شرایط تنش رطوبتی، پژوهشی در سال زراعی 95-1394 در مزرعه‎ی تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد بصورت کرت‎های خرد شده در قالب طرح پایه‎ی بلوک‎های کامل تصادفی با سه تکرار به تفکیک برای سه گیاه لوبیا، کنجد و ذرت انجام شد. سطوح آبیاری (تأمین 50 و 100 درصد نیاز آبی گیاهان مورد مطالعه) در کرت‌های اصلی و کاربرد (80 کیلوگرم در هکتار) و عدم کاربرد هیدروژل سوپرجاذب رطوبت در کرت­های فرعی قرارگرفتند. نتایج آزمایش نشان داد که در لوبیا، بیشترین عملکرد دانه (2191 کیلوگرم در هکتار)، عملکرد ماده خشک (4588 کیلوگرم در هکتار)، وزن دانه در بوته (89/10 گرم)، ارتفاع بوته (97 سانتی‎متر)، شاخص سطح برگ (39/9)، سرعت رشد محصول (35/8 گرم در مترمربع در روز)، میزان نیتروژن (163/0 درصد)، فسفر (0082/0 درصد) و پی‎اچ خاک (68/9) متعلق به تیمار 100 درصد نیاز آبی و کاربرد سوپرجاذب رطوبت بود. در کنجد، کاربرد سوپرجاذب رطوبت در شرایط تأمین50 درصد نیاز آبی بترتیب منجر به افزایش 24، 30، 32، 59، 20، 44 و 17 درصدی وزن دانه در بوته (17/22 گرم)، ارتفاع بوته (91 سانتی‎متر)، شاخص سطح برگ (70/9)، سرعت رشد محصول (58/6 گرم در مترمربع در روز) و میزان نیتروژن (101/0 درصد)، فسفر (0063/0 درصد) و پی‎اچ خاک (32/9) در مقایسه با شاهد شد. در ذرت، بیشترین عملکرد دانه (22522 کیلوگرم در هکتار)، عملکرد ماده خشک (39502 کیلوگرم در هکتار)، وزن دانه در بوته (332 گرم)، ارتفاع بوته (194 سانتی‎متر)، شاخص سطح برگ (10/8)، سرعت رشد محصول (43/9 گرم در مترمربع در روز) و میزان نیتروژن (095/0 درصد) و پی‎اچ خاک (70/9) در نتیجه تیمار تأمین 100 درصد نیاز آبی و کاربرد سوپرجاذب رطوبت حاصل شد. در هر سه گیاه مورد مطالعه، بیشترین بهره‎وری آب زمانی محقق شد که تنها 50 درصد نیاز آبی گیاه تأمین و همزمان از سوپرجاذب رطوبت استفاده شد.

واژه­های کلیدی: بهره‎وری آب، پی‎اچ خاک، تنش رطوبتی، شاخص سطح برگ، نیاز آبی.

* نویسنده مسئول، تلفن: 09352192675، پست الکترونیکی: amiri@gonabad.ac.ir

مقدمه

 

کمبود آب مهم‎ترین عامل محدودکننده‎ی تولید محصولات کشاورزی بویژه در مناطق خشک و نیمه‎خشک محسوب می‎شود. گرما و خشکی که ویژگی عمده اقلیم خشک و نیمه‌خشک است، بخش عمده‌ای از فلات ایران را تحت تأثیر قرار داده است. در اکثر مناطق کشور، بارش‌‌های جوی بسیار اندک و اغلب بصورت پراکنده است. بطور کلی، میانگین بارش‎های سالانه در این مناطق 200 تا 250 میلی‎متر است و اکثراً در فصول غیرزراعی اتفاق می‌افتند (5). تنش خشکی کارکرد (18)، ساختار (30) و تولید (17) اکوسیستم‎های کشاورزی را بشدت تحت‎تأثیر قرار داده و تهدید بزرگی برای امنیت غذایی در سراسر جهان محسوب می‎شود. در صورتی که شدت تنش خشکی زیاد باشد، کاهش شدید فتوسنتز و مختل شدن فرایندهای فیزیولوژیکی، توقف رشد و سرانجام مرگ گیاهان را بدنبال خواهد داشت (30).

در مطالعات متعدد، اثرات منفی تنش خشکی بر فراوانی و نوع ترکیب جمعیت میکروبی خاک که نقش کلیدی در تولید محصولات زراعی بویژه در نظام‌های پایدار دارند، به اثبات رسیده است (14، 19 و 22). افزون بر این، تنش خشکی از طریق کاهش محصولات کشاورزی و در نتیجه کاهش درآمد کشاورزان، پیامدهای منفی اجتماعی و اقتصادی متعددی بدنبال دارد. در این شرایط استفاده از نهاده‎های بوم‎سازگاری نظیر هیدروژل‎های سوپرجاذب رطوبت که منجر به افزایش کارآیی مصرف آب شده و از هدررفت آن جلوگیری می‌کنند، منطقی بنظر می‎رسد.

سوپرجاذب‎ها چندین برابر وزن خود آب و محلول آبی جذب می‌کنند. این پلیمرها باعث بهبود دانه‎بندی و ساختمان خاک و کاهش وزن مخصوص ظاهری خاک شده و شرایط بهتری را برای رشد و نمو گیاه، بویژه در شرایط تنش خشکی فراهم می‎کنند (6). از جمله سایر مزایای سوپرجاذب‎ها می‎توان به تسریع جوانه‎زنی گیاه، کاهش تعداد دفعات آبیاری، مصرف یکنواخت آب برای گیاه، افزایش کارایی مصرف کودها، افزایش فعالیت و جمعیت ریزجانداران مفید خاک و همچنین افزایش تخلخل و ثبات ساختمان خاک اشاره نمود (8). در یک پژوهش پس از بررسی اثر مقادیر مختلف سوپرجاذب رطوبت و اسید هیومیک در شرایط کم‎آبیاری در ذرت (Zea mays L.) گزارش شد که بیشترین میزان عملکرد دانه متعلق به تیمار 120 کیلوگرم در هکتار سوپرجاذب رطوبت، هشت کیلوگرم در هکتار اسید هیومیک و 300 مترمکعب در هکتار آب در طول فصل رشد بود (2). در پژوهشی دیگر، ویژگی‎های اگرواکولوژیکی ریحان (Ocimum basilicum L.) تحت‎تأثیر کاربرد سوپرجاذب رطوبت، اسید هیومیک و دورهای آبیاری بررسی و گزارش شد که در مدار آبیاری 5 روز، سطوح صفر، 40 و 80 کیلوگرم در هکتار سوپرجاذب بترتیب منجر به افزایش 13، 50 و 17 درصدی عملکرد ماده خشک نسبت به مدار آبیاری 10 روز شدند (3).

نظر به کاهش فزاینده‌ی منابع آب در بخش کشاورزی و جستجو برای راهکارهای افزایش کارآیی مصرف آن بویژه در اقلیم‎های خشک و نیمه‎خشک و همچنین با توجه به اینکه در زمینه‎ی استفاده از نهاده‎های بوم‎سازگار در کاهش خسارات ناشی از تنش خشکی اطلاعات اندکی موجود است، این پژوهش با هدف بررسی اثر هیدروژل سوپرجاذب رطوبت بر خصوصیات مرتبط با خاک و ویژگی‎های رشدی و عملکرد لوبیا (Phaseolus vulgaris L.)، کنجد (Sesamum indicum L.) و ذرت بعنوان سه گونه‌ی مهم زراعی (پروتئینی، روغنی و غله) در شرایط خشکی انجام شد.

مواد و روشها

این پژوهش در سال زراعی 95-1394 در مزرعه­ی تحقیقاتی دانشکده­ی کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد واقع در 10 کیلومتری شرق مشهد (طول جغرافیایی ‘28 ˚59 شرقی و عرض جغرافیایی’ 15 ˚36 شمالی و ارتفاع 985 متر از سطح دریا) در زمینی به مساحت تقریبی 250 متر مربع بصورت کرت‎های خرد شده در قالب طرح پایه‎ی بلوک‎های کامل تصادفی با سه تکرار بتفکیک برای سه گیاه لوبیا، کنجد و ذرت اجرا شد. دو سطح آبیاری به میزان 50 و 100 درصد نیاز آبی گیاهان مورد مطالعه در کرت‌های اصلی و کاربرد 80 کیلوگرم در هکتار هیدروژل سوپرجاذب رطوبت و عدم کاربرد آن در کرت­های فرعی قرارگرفتند.

ابعاد کرت‌های اصلی 3×6 متر و ابعاد کرت­های فرعی 3×3 متر درنظر گرفته شد. مقدار انتخاب شده‎ی سوپرجاذب رطوبت بر اساس نتایج برخی پژوهش‎های قبلی انتخاب شد (2، 3و 4). بمنظور محاسبه‌ی نیاز آبی کنجد، ذرت و لوبیا در شرایط مشهد، از نرم‌افزار OPTIWAT استفاده شد (7). با اطلاع از طول فصل رشد لوبیا، کنجد و ذرت، داده‌های مربوط به تبخیر و تعرق روزانه و فاصله‌ی آبیاری 7 روز، حجم آب مورد نیاز در هر بار آبیاری برای لوبیا، کنجد و ذرت در تیمار 100 درصد نیاز آبی بترتیب 300، 200 و 400 متر مکعب در هکتار محاسبه و برای 50 درصد نیاز آبی بترتیب 150، 100 و 200 متر مکعب در هکتار تعیین شد. براین اساس و با توجه به ابعاد کرت‎های فرعی، در هر نوبت آبیاری برای لوبیا، کنجد و ذرت در هر کرت فرعی بترتیب 04/0، 03/0 و 06/0 مترمکعب در تیمار 100 درصد نیاز آبی و بترتیب 02/0، 01/0 و 03/0 مترمکعب در تیمار 50 درصد نیاز آبی، با استفاده از کنتور و بصورت دقیق آب به زمین داده شد.

قبل از انجام آزمایش، از عمق صفر تا 30 سانتی­متری خاک نمونه­گیری انجام و بمنظور تعیین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی به آزمایشگاه ارسال شد (جدول 1).

 

جدول 1- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مزرعه‎آزمایشی

هدایت الکتریکی (dS.m-1)

پی‌اچ

پتاسیم  (ppm)

فسفر  (ppm)

نیتروژن (%)

بافت خاک

2/1

1/7

415

13

15/0

لومی-سیلت

 

 

جهت آماده­سازی زمین با تأکید بر خاک­ورزی حداقل، تنها عملیات دیسک­زنی انجام و کلیه­ی مراحل بعدی توسط کارگر و به کمک بیل‌دستی صورت گرفت. سپس مقادیر سوپرجاذب بطور یکنواخت در سطح کرت‌های مورد نظر پخش و بلافاصله توسط بیل‌دستی وارد خاک شدند. خصوصیات سوپرجاذب مورد استفاده در آزمایش در جدول 2 آورده شده است.

 

جدول 2- خصوصیات سوپرجاذب مورد استفاده

ظاهر

مقدار رطوبت (%)

بو

و

سمیت

چگالی توده‎ای (g.cm-3)

پی‎اچ

اندازه ذره (میکرومتر)

حداکثر پایداری در محیط خاک (سال)

زمان رسیدن به 60 درصد جذب حداکثر (دقیقه)

کل میزان مونومر باقیمانده (ppm)

شرکت

سازنده

گرانول

(گرید ریزدانه)

کمتر از 5

0

8/0

81/9

400-200

7-6

20-15

>400

شرکت دانش‎بنیان کیمیا تراوا تک

 

 

بذور کنجد (توده اسفراین)، ذرت (سینگل کراس 704) و لوبیا (درخشان) در تاریخ 20 اردیبهشت­ماه 1395 در ردیف‎های به فاصله­ی 50 سانتی­متر و با فاصله روی ردیف 4، 30 و 10 سانتی‎متر و بترتیب با تراکم‌های 50، 7 و 20 بوته­ در مترمربع در کرت­های مربوطه کشت و بلافاصله آبیاری شد. بمنظور اجتناب از مخلوط شدن آب کرت‌ها با یکدیگر، برای هر تکرار و هر کرت لوله­ی آبیاری جداگانه در نظر گرفته شد و آبیاری به وسیله لوله و بصورت نشتی انجام گرفت. برای رسیدن به تراکم مناسب، پس از رسیدن گیاه به مرحله­ی 4 برگی عملیات تنک کردن انجام گرفت. بعد از عملیات تنک، آبیاری هر 7 روز یکبار انجام و مقدار آن توسط کنتور ثبت و کنترل شد. بمنظور کنترل علف‌های هرز، سه نوبت وجین دستی بترتیب 15، 30 و 45 روز پس از کاشت انجام شد. در زمان آماده‌سازی زمین و در طول دوره­ی رشد، هیچ‌گونه علف‌کش، آفت‌کش و قارچ‌کش شیمیایی استفاده نشد.

بمنظور محاسبه سرعت رشد محصول (CGR) (Crop Growth Rate) و برخی شاخص­های رشدی، نمونه­برداری­های تخریبی از 30 روز پس از سبز شدن، هر 15 روز یک‌بار، با حذف اثرات حاشیه­ای و بطور تصادفی با انتخاب 3 بوته از هر کرت آزمایشی انجام و صفاتی نظیر ارتفاع بوته، سطح برگ و وزن خشک اندام هوایی اندازه­گیری شد. برای تعیین شاخص سطح برگ از دستگاه اندازه­گیری سطح برگ (Lea Area Meter, Delta T, Co. Ltd, UK) استفاده شد. سرعت رشد محصول در طول فصل رشد توسط معادله‎ی 1 محاسبه شد (10):

معادله (1)                        CGR=1/GA

در این معادله، GA سطح زمین (m2)، W1 و W2 بترتیب وزن اولیه و ثانویه (g) و t1-t2 فاصله زمانی نمونه‎برداری‎های مختلف (day) می‎باشد.

در اواخر فصل رشد، با آغاز مرحله‎ی رسیدگی و زرد شدن بوته‌ها، پس از حذف اثر حاشیه‌‌ای، بطور تصادفی بوته‌های موجود در سطح یک متر مربع از هر کرت برداشت و عملکرد دانه و عملکرد ماده­ی خشک گیاهان مورد مطالعه تعیین شد. در پایان عملیات برداشت، میزان نیتروژن، فسفر، EC و pH خاک کرت­های آزمایشی اندازه‌گیری شد. میزان نیتروژن خاک براساس دستورالعملAOAC Official Method 968.06 (4.2.04)  به‌روش کجلدال و با استفاده از دستگاهSemi-Automated Distillation Unit انجام شد (16). میزان فسفر خاک به‌روش اسپکتروفتومتری تعیین شد. EC و pH بترتیب با EC متر مدل CTS-406 و pH متر مدل LUTRUON PH-212 اندازه‎گیری شدند. جهت محاسبه بهره‎وری آب آبیاری (WP) (Water Productivity) (kg Seed.m-3 Water) از معادله‎ی 2 استفاده شد (11):

معادله (2)                       

که در این معادله، Ys عملکرد دانه (kg.ha-1)، WI مقدار آب آبیاری (m3.ha-1) و WP میزان بارندگی (mm) می‎باشد.

تجزیه و تحلیل واریانس داده‌ها (ANOVA)، تجزیه به مؤلفه‎های اصلی و ترسیم نمودارها با استفاده از نرم‌افزارهای Ver. 9.4 SAS و Minitab Ver. 17 و مقایسه‌ی میانگین‌ها با استفاده از آزمون چند دامنه‌ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

نتایج

اثر سطوح آبیاری بر صفات مورد بررسی: اگرچه با اعمال تنش خشکی (تأمین تنها 50 درصد نیاز آبی) عملکرد دانه و ماده‎ی خشک هر سه گیاه مورد مطالعه با نقصان مواجه شد، ولی از این نظر بیشترین لطمه متوجه گیاه کنجد شد. در نتیجه تأمین 100 درصد نیاز آبی عملکرد دانه‎ی لوبیا، کنجد و ذرت بترتیب 75، 79 و 69 درصد و عملکرد ماده‎ی خشک این سه گیاه بترتیب 10، 27 و 23 درصد نسبت به شرایط 50 درصد نیاز آبی افزایش پیدا کرد (جدول 4). در لوبیا، بیشترین وزن دانه در بوته (36/8 گرم) و شاخص سطح برگ (06/8) در شرایط تأمین 100 درصد نیاز آبی و بیشترین میزان EC خاک (75/0 دسی‌زیمنس بر متر) در شرایط تأمین 50 درصد نیاز آبی حاصل شد، ضمن این‌که آبیاری به میزان تنها 50 درصد نیاز آبی گیاه، منجر به افزایش 32 درصدی بهره‎وری آب شد (جدول 4). در کنجد، با افزایش مقدار آب از 50 به 100 درصد نیاز آبی، سرعت رشد محصول و میزان فسفر خاک بترتیب 25 و 23 درصد افزایش و شاخص سطح برگ، میزان نیتروژن خاک، EC خاک و بهره‎وری آب بترتیب 40، 56، 34 و 43 درصد کاهش یافت (جدول 4). در ذرت، تأمین 100 درصد نیاز آبی، بترتیب افزایش 32، 19، 23، 21، 19 و 15 درصدی وزن دانه در بوته، ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ، سرعت رشد محصول، میزان نیتروژن خاک و پی‎اچ خاک را سبب شد (جدول 4). انجام آبیاری سبک و تأمین تنها 50 درصد از نیاز آبی ذرت، افزایش 22 درصدی میزان فسفر خاک را در پی داشت. بهره‎وری آب ذرت در شرایط 50 درصد نیاز آبی، 28 درصد بیشتر از شرایط 100 درصد نیاز آبی بود (جدول 4).

اثر سوپرجاذب رطوبت بر صفات مورد بررسی: در هر سه گیاه، کاربرد سوپرجاذب رطوبت در بهبود اکثر صفات مورد مطالعه مؤثر بود (جدول 3). در لوبیا، در شرایط کاربرد سوپرجاذب رطوبت، عملکرد دانه، عملکرد ماده‎ی خشک، وزن دانه در بوته، ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ و سرعت رشد محصول بترتیب 47، 45، 39، 30، 38 و 34 درصد بیشتر از شاهد بود (جدول 4). عملکرد دانه و ماده‎ی خشک در کنجد تحت‎تأثیر کاربرد سوپرجاذب رطوبت بترتیب 10 و 44 درصد افزایش یافت (جدول 4). وزن دانه در بوته، ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ و سرعت رشد محصول کنجد نیز در کرت‎های دارای سوپرجاذب رطوبت بترتیب 39، 36، 48 و 46 درصد بیشتر از شاهد بود (جدول 4). کاربرد سوپرجاذب رطوبت در ذرت، بترتیب منجر به افزایش 54، 43، 59، 48، 37 و 50 درصدی عملکرد دانه، عملکرد ماده‎ی خشک، وزن دانه در بوته، ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ و سرعت رشد محصول نسبت به شاهد شد (جدول 4).

در هر سه گیاه مورد مطالعه، اثر سوپرجاذب رطوبت بر میزان فسفر، نیتروژن و پی‎اچ خاک، معنی‎دار بود، بطوریکه در نتیجه کاربرد سوپرجاذب، میزان فسفر، نیتروژن و پی‎اچ خاک، در لوبیا بترتیب 46، 40و 18 درصد، در کنجد بترتیب 14، 43 و 21 درصد و در ذرت بترتیب 48، 40 و 30 درصد در مقایسه با شاهد افزایش یافت (جدول 4). در لوبیا و کنجد، استفاده از سوپرجاذب رطوبت در کاهش میزان EC خاک مؤثر بود، بطوریکه میزان EC خاک در لوبیا از 64/0به 52/0 دسی‎زیمنس بر متر و در کنجد از 79/0به 60/0 دسی‎زیمنس بر متر کاهش یافت (جدول 4). کاربرد سوپرجاذب رطوبت، بترتیب افزایش 46، 29 و 30 درصدی بهره‎وری آب در لوبیا، کنجد و ذرت را در پی داشت (جدول 4).

اثر متقابل سطوح آبیاری و سوپرجاذب رطوبت بر صفات مورد بررسی: در هر سه گیاه، اکثر صفات مورد مطالعه تحت‎تأثیر برهمکنش سطوح آبیاری و سوپرجاذب رطوبت قرارگرفتند. بیشترین عملکرد دانه‎ی لوبیا (شکل 1)، کنجد (شکل 2) و ذرت (شکل 3) در نتیجه تیمار 100 درصد نیاز آبی و کاربرد سوپرجاذب رطوبت بدست آمد. بنظر می‎رسد که در هر سه گیاه، کاربرد سوپرجاذب رطوبت در کاهش خسارات ناشی از تنش خشکی بر عملکرد دانه مؤثر بود، بطوریکه بعنوان مثال در ذرت، استفاده از سوپرجاذب در شرایط تنش خشکی (تأمین تنها 50 درصد نیاز آبی گیاه) منجر به افزایش 65 درصدی عملکرد دانه نسبت به شاهد شد (شکل 3).

 

 

شکل 1- اثرات متقابل سطوح آبیاری و سوپرجاذب رطوبت روی عملکرد دانه و ماده‎ی خشک لوبیا

 

 

شکل 2- اثرات متقابل سطوح آبیاری و سوپرجاذب رطوبت روی عملکرد دانه و ماده‎ی خشک کنجد

در هر سه گیاه مورد مطالعه، و در هر دو شرایط تأمین 50 و 100 درصد نیاز آبی، بیشترین عملکرد ماده‎ی خشک زمانی بدست آمد که سوپرجاذب رطوبت مورد استفاده قرارگرفت (شکلهای 1، 2 و 3). در لوبیا، بیشترین وزن دانه در بوته (89/10 گرم)، ارتفاع بوته (97 سانتی‎متر)، شاخص سطح برگ (39/9)، سرعت رشد محصول (35/8 گرم در مترمربع در روز)، میزان نیتروژن (163/0 درصد)، فسفر (0082/0 درصد) و پی‎اچ خاک (68/9) متعلق به تیمار 100 درصد نیاز آبی و کاربرد سوپرجاذب رطوبت بود (جدول 5).

 

 

شکل 3- اثرات متقابل سطوح آبیاری و سوپرجاذب رطوبت روی عملکرد دانه و ماده‎ی خشک ذرت

در کنجد، کاربرد سوپرجاذب رطوبت در شرایط تنش خشکی (تأمین50 درصد نیاز آبی)، بترتیب منجر به افزایش 24، 30، 32، 59، 20، 44 و 17 درصدی وزن دانه در بوته، ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ، سرعت رشد محصول و میزان نیتروژن، فسفر و پی‎اچ خاک در مقایسه با شاهد (تیمار تأمین 50 درصد نیاز آبی و عدم‎کاربرد سوپرجاذب رطوبت) شد (جدول 5). در ذرت، بیشترین وزن دانه در بوته (332 گرم)، ارتفاع بوته (194 سانتی‎متر)، شاخص سطح برگ (10/8)، سرعت رشد محصول (43/9 گرم در مترمربع در روز) و میزان نیتروژن (095/0 درصد) و پی‎اچ خاک (70/9) در نتیجه تیمار تأمین 100 درصد نیاز آبی و کاربرد سوپرجاذب رطوبت حاصل شد (جدول 5). کمترین میزان EC خاک در لوبیا و کنجد در اثر تیمار تأمین 100 درصد نیاز آبی و کاربرد سوپرجاذب رطوبت و در ذرت در نتیجه تیمار تأمین 100 درصد نیاز آبی و عدم‎کاربرد سوپرجاذب رطوبت بدست آمد (جدول 5). نتیجه جالب توجه این بود که در هر سه گیاه مورد مطالعه، بیشترین بهره‎وری آب زمانی محقق شد که تنها 50 درصد نیاز آبی گیاه تأمین و همزمان از سوپرجاذب رطوبت استفاده شد (جدول 5).

ضرایب همبستگی بین صفات مورد مطالعه: همان‌طور که در جدول 6 مشاهده می‎شود، عملکرد دانه‎ی لوبیا با عملکرد ماده‎ی خشک (**86/0 =r)، وزن دانه در بوته (**95/0 =r)، ارتفاع بوته (**93/0 =r)، شاخص سطح برگ (**82/0 =r) و سرعت رشد محصول (**86/0 =r) همبستگی مثبت و معنی‎دار داشت. از طرفی باتوجه به همبستگی مثبت عملکرد دانه با میزان نیتروژن (**80/0 =r) و فسفر خاک (**77/0 =r) (جدول 6)، بنظر می‎رسد که بهبود عملکرد دانه در شرایط استفاده از نهاده‎هایی که میزان یا فراهمی این عناصر در خاک را افزایش دهد، دور از ذهن نباشد. همبستگی مثبت عملکرد ماده‎ی خشک با صفاتی نظیر ارتفاع بوته (**92/0 =r)، شاخص سطح برگ (**85/0 =r) و سرعت رشد محصول (**86/0 =r) حاکی از نقش مؤثر صفات مذکور در بهبود عملکرد بیولوژیک بود (جدول 6). باتوجه به نتایج آزمایش، افزایش ارتفاع بوته، سرعت رشد محصول و همچنین میزان فسفر خاک در بهبود بهره‎وری آب لوبیا مؤثر بود (جدول 6).

عملکرد دانه و ماده‎ی خشک در کنجد از همبستگی مثبت و معنی‎داری با صفات وزن دانه در بوته، ارتفاع بوته، سرعت رشد محصول، میزان فسفر و پی‎اچ خاک برخوردار بود (جدول 6)، به‎عبارت دیگر، برای دستیابی به حداکثر عملکرد دانه و ماده‎ی خشک می‎توان نهاده‎هایی به کار برد که در بهبود صفات مذکور مؤثر باشند. همبستگی مثبت بهره‎وری آب با ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ با میزان نیتروژن خاک، به اهمیت و نقش این صفات در افزایش بهره‎وری آب اشاره دارد (جدول 6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 7- قیمت فروش بسته‎بندی‎های مختلف سوپرجاذب رطوبت در سال 98

ردیف

نوع بسته‎بندی

قیمت فروش (ریال)

1

سوپرجاذب 30 گرمی

000/90

2

سوپرجاذب 150 گرمی

000/150

3

سوپرجاذب 2 کیلوگرمی

000/850

4

سوپرجاذب 25 کیلوگرمی

000/000/10

 

در ذرت، محتوای نیتروژن و فسفر خاک نقش تعیین‎کننده‎ای در میزان عملکرد دانه و ماده‎ی خشک ایفا کرد (جدول 6)، ضمن این‌که بنظر می‎رسد با انجام عملیات به‎زراعی از جمله استفاده از نهاده‎های بوم‎سازگار نظیر هیدروژل سوپرجاذب رطوبت و نقش این نهاده‎ها در افزایش ارتفاع بوته، شاخص سطح برگ و سرعت رشد محصول (جدول 4) بتوان از تولید بهینه بهره‎مند شد (جدول 6).

بحث

ثابت شده است که تنش خشکی بویژه در سه مرحله پیدایش و تشکیل گل، گرده‎افشانی و لقاح و تشکیل دانه اثرات منفی شدیدی بر جای می‎گذارد. تنش خشکی از ظهور سلول‎های بنیادی گل جلوگیری می‎کند. تنش در مرحله گرده‎افشانی و لقاح، تعداد دانه‎ها را بعلت پسابیدگی دانه‎های گرده کاهش می‎دهد و پژمردگی کلاله ناشی از تنش، مانع رشد لوله گرده می‎شود. در مرحله‎ی پر شدن دانه، گیاهان تحت تنش به جای اختصاص مواد فتوسنتزی به دانه، مواد غذایی را صرف مقابله با تنش می‎کنند و در نتیجه وزن دانه و بدنبال آن عملکرد دانه تحت‎تأثیر اثرات منفی تنش خشکی قرار می‎گیرد. بنابراین، عملکرد بیشتر گیاهان مورد مطالعه در شرایط تأمین 100 درصد نیاز آبی منطقی بنظر می‎رسد. نتایج تحقیقات پندی و مارانویل (24) در خصوص اعمال تنش رطوبتی در مراحل مختلف رشد ذرت نشان داد که اعمال تنش رطوبتی باعث کاهش عملکرد دانه، تعداد دانه در بلال، وزن صد دانه، کاهش قطر ساقه و کاهش ارتفاع گیاه شد. در پژوهشی گزارش شد که کاهش مقدار آب مورد نیاز ارزن (Panicum miliaceum L.) در طول دروه‎ی رشد، منجر به کاهش معنی‎دار شاخص سطح برگ و سرعت رشد محصول گردید (13). در فلفل (Capsicum annum L.) اثرات سطوح مختلف آبیاری (100، 80، 60 و 40 درصد نیاز آبی) روی صفاتی نظیر تعداد و وزن میوه در بوته، وزن و حجم ریشه، عملکرد میوه و کارآیی مصرف آب بررسی و گزارش شد که بیشترین و کمترین مقدار صفات مورد مطالعه بترتیب در تیمارهای 100 و 40 درصد نیاز آبی بدست آمد (20). در پژوهشی دیگر، نسبت اندام هوایی به ریشه گونه‎ای آویشن (Thymus citriodorus Pers.) تحت‎تأثیر تنش خشکی کاهش یافت، ولی میزان ترکیبات فرار اسانس و همچنین میزان تیمول گیاه در این شرایط افزایش یافت (28). کاهش عملکرد دانه، وزن هزار دانه، شاخص برداشت و ارتفاع بوته در شرایط خشکی در هیبریدهای مختلف سورگوم (Sorghum bicolor L.) نیز گزارش شده است (21).

امروزه از پلیمرهای سوپرجاذب بطور گسترده­ای در کشاورزی استفاده می­شود و نقش آن‌ها در کاهش شدت تنش خشکی و میزان مرگ‌ومیر گیاهان و همچنین افزایش تولید محصولات زراعی در مطالعات متعدد به اثبات رسیده است (12و 31).

سوپرجاذب­ها از طریق بهبود خصوصیات فیزیکی و ساختمان خاک، کاهش وزن مخصوص ظاهری خاک (12)، افزایش کارایی مصرف عناصر غذایی، افزایش جوانه­زنی و سبز شدن بذر (15)، کاهش نیاز آبی گیاه (29) و کاهش میزان تبخیر از سطح خاک (23) منجر به بهبود خصوصیات کمی و کیفی محصولات مختلف می­شوند. در پژوهشی، ضمن بررسی اثر سطوح مختلف سوپرجاذب بر عملکرد و اجزای عملکرد ذرت گزارش شد که با افزایش مقادیر مصرفی سوپرجاذب، عملکرد دانه و علوفه­ی ذرت به میزان قابل­توجهی در مقایسه با تیمار شاهد افزایش یافت (9). در پژوهشی دیگر، پس از بررسی اثر مقادیر مختلف سوپرجاذب رطوبت و اسید هیومیک در شرایط کم‎آبیاری در ذرت گزارش شد که بیشترین میزان عملکرد دانه متعلق به تیمار 120 کیلوگرم در هکتار سوپرجاذب رطوبت، هشت کیلوگرم در هکتار اسید هیومیک و سطح آبیاری 300 مترمکعب در هکتار بود (2). در دو نوع بافت خاک لومی و شنی اثر سوپرجاذب رطوبت بر خصوصیات رشدی گیاه درمنه دشتی (Artemisia sieberi L.) در شرایط تنش خشکی بررسی و گزارش شد که سوپرجاذب در هر دو بافت خاک و بویژه در خاک شنی از طریق گسترش سیستم ریشه‎ای منجر به بهبود ارتفاع بوته، وزن خشک اندام هوایی، وزن خشک ریشه و طول و حجم ریشه در مقایسه با شاهد شد (26). کاربرد سوپرجاذب در مزرعه اسفناج (Ipomoea aquatic Forsk.)، مانع از افزایش بیش از حد میزان اسیدیته و هدایت الکتریکی خاک شده و در نتیجه با افزایش میزان جذب آب و مواد غذایی، منجر به بهبود خصوصیات رشدی گیاه شد (27). در پژوهشی دیگر، میزان نفوذ آب به اعماق در خاک شنی در شرایط کاربرد سوپرجاذب رطوبت از 4/12 به 75/84 درصد کاهش یافت (25).

نتیجه‌گیری

با توجه به نتایج آزمایش،  در  هر  سه  گیاه  مورد  مطالعه،

کاربرد سوپرجاذب رطوبت بهبود ویژگی‎های خاک را سبب شد، بطوریکه استفاده از این کود میزان نیتروژن، فسفر و پی‎اچ خاک را در لوبیا بترتیب 46، 40 و 18 درصد، در کنجد بترتیب 14، 43 و 21 درصد، و در ذرت بترتیب 50، 40 و 30 درصد نسبت به شاهد افزایش داد. بیشترین عملکرد دانه و ماده‎ی خشک در لوبیا، کنجد و ذرت زمانی محقق شد که 100 درصد نیاز آبی گیاه تأمین و همزمان از سوپرجاذب رطوبت استفاده شد. میانگین بهره‎وری آب برای هر سه گونه زراعی، در شرایط استفاده از سوپرجاذب و تأمین ۵۰ درصد نیاز آبی، نسبت به شرایط عدم استفاده از سوپر جاذب و تأمین ۵۰ درصد نیاز آبی، ۴۳ درصد افزایش یافت. طراحی و اجرای پژوهش‌هایی با محوریت برآورد و مقایسه مزیت‌های اقتصادی و اکولوژیکی حاصل از کاهش مصرف آب آبیاری و افزایش بهره‎وری آب در نتیجه کاربرد سوپرجاذب می‌تواند هزینه نسبتاً بالای این نهاده بوم‌سازگار را توجیه کرده (قیمت فروش بسته‎بندی‎های مختلف این محصول در سال 98 در جدول 7 آورده شده است) و زمینه را برای بکارگیری گسترده آن توسط کشاورزان و تولیدکنندگان بخش زراعت و باغبانی فراهم آورد.

سپاسگزاری

بودجه این طرح از محل پژوهه شماره 40190/2 مورخ 25/12/1394 معاونت پژوهشی و فناوری دانشگاه فردوسی مشهد تأمین شده است که بدینوسیله سپاسگزاری می‎شود.

  • ایوبی ش، محمدزمانی س و خرمالی ف (1388) پیش‎بینی عملکرد گندم از طریق خصوصیات خاک با استفاده از تجزیه به مؤلفه اصلی. تحقیقات آب و خاک ایران. 49: 57-51.
  • جهان م، امیری م ب و نوربخش ف (1395) بررسی اثر مقادیر مختلف سوپرجاذب رطوبت و اسید هیومیک در شرایط کم‎آبیاری بر برخی ویژگی‎های اگرواکولوژیکی ذرت به روش سطح پاسخ. پژوهشهای زراعی ایران. 14(4): 764-746.
  • جهان م، قلعه‎نویی ش، خاموشی ا و امیری م ب (1394) بررسی ویژگی‎های اگرواکولوژیکی ریحان تحت‎تأثیر کاربرد سوپرجاذب رطوبت، اسید هیومیک و دروهای آبیاری. علوم باغبانی مشهد. 29(2): 254-240.
  • جهان م، کمایستانی ن و رنجبر ف (1392) امکان‎سنجی استفاده از سوپرجاذب رطوبت به‎منظور کاهش تنش خشکی وارده به ذرت در یک نظام زراعی کم‎نهاده در شرایط مشهد. بوم‎شناسی کشاورزی. 5(3): 281-272.
  • شاه‎حسینی ر، امیدبیگی ر و کیانی د (1391) بررسی اثر کودهای زیستی بیوسولفور و نیتروکسین و پلیمر سوپرجاذب بر رشد، عملکرد و کمیت اسانس گیاه دارویی ریحان. علوم باغبانی مشهد. 26(3): 254-246.
  • ضیایی ع، مقدم م و کاشفی ب (1395) تأثیر پلیمرهای سوپرجاذب بر خصوصیات مورفولوژیک گیاه رزماری در شرایط تنش خشکی. علوم و فنون کشت‎های گلخانه‎ای. 7(2): 111-99.
  • علیزاده ا، کمالی غ ع، کشاورز ع و دهقانی م (1386) نیاز آبی گیاهان در ایران. انتشارات دانشگاه امام رضا (ع)، تهران. 228 صفحه.
  • فلاحی ح ر، اقحوانی‎شجری م، طاهرپور کلانتری ر و سلطان‎زاده م ق (1394) ارزیابی توان جذب آب سوپرجاذب در پاسخ به تغییرات دما، شوری و تناوب آب‎گیری و تأثیر آن بر عملکرد و کیفیت الیاف پنبه (Gossypium hirsutum) در شرایط کم‎آبیاری. بوم‎شناسی کشاورزی. 7(4): 527-513.
  • کریمی ا و نادری م (1386) بررسی اثرات کاربرد پلیمر سوپرجاذب بر عملکرد و کارآیی مصرف آب ذرت علوفه‎ای در خاک‎های با بافت مختلف. پژوهش کشاورزی. 7(3): 198-187.
  • کوچکی ع و سرمدنیا غ ح (1391) فیزیولوژی گیاهان زراعی. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 400 صفحه.
  • کوچکی ع، نصیری محلاتی م، فلاح‎پور ف و امیری م ب (در نوبت چاپ) بهینه‎سازی کود نیتروژن و آبی در زراعت گندم از طریق طرح مرکب مرکزی. بوم‎شناسی کشاورزی.

 

  • Abedi-Koupai J, Sohrab J and Swarbrick G (2008) Evaluation of hydrogel application on soil water retention characteristics. Journal of Plant Nutrition. 31: 317-331.
  • Abraham SS, Abdul Jaleel C, Chang-Xing Z, Somasundaram R, Azooz MM and Panneerselvam R (2008) Regulation of growth and metabolism by paclobutrazol and ABA in Sesamum indicum under drought condition. Global Journal of Molecular Sciences. 3: 57-66.
  • Davidson EA, Samanta S, Caramori SS and Savage K (2012) The dual arrhenius and michaelismenten kinetics model for decomposition of soil organic matter at hourly to seasonal timescales. Global Change Biology. 18: 371-384.
  • Eneji AE, Islam R, An P and Amalu UC (2013) Nitrate retention and physiological adjustment of maize to soil amendment with superabsorbent polymers. Journal of Cleaner Production. 52: 474-480.
  • Horwitz W and Latimer GW (2005) Official Methods of Analysis. Association of Official Analytical Chemists (AOAC), 18th Edition. Maryland, USA.
  • Lal S, Bagdi DL, Kakralya BL, Jat ML and Sharma PC (2013) Role of brassinolide in alleviating the adverse effect of drought stress on physiology, growth and yield of green gram genotypes. Journal of Legume Research. 36: 359-363.
  • Liu ZF, Fu BJ and Zheng XX (2010) Plant biomass, soil water content and soil N:P ratio regulating soil microbial functional diversity in a temperate steppe: a regional scale study. Soil Biology and Biochemistry. 42: 445-450.
  • Manzoni S, Schimel JP and Porporato A (2011) Responses of soil microbial communities to water stress: results from a meta-analysis. Ecology. 93: 930-938.
  • Mardani S, Tabatabaei SH, Pessarakli M and Zareabyaneh H (2017) Physiological responses of pepper plant (Capsicum annuum) to drought stress. Journal of Plant Nutrition. 40(10): 1453-1464.
  • Menezes CB, Saldanha DC, Santos CV, Mingote Julio MP, Portugal AF and Tardin FD (2015) Evaluation of grain yield in sorghum hybrids under water stress. Genetics and Molecular Research. 14(4): 12675-12683.
  • Moyano FE, Vasilyeva N, Bouckaert L, Cook J, Caraine J, Curiel J, Don A, Epron D, Formanek P, Franzluebbers A, Ilstedt U, Katterer T, Orchard V, Reichstein M, Rey A, Ruamps L, Subke JA, Thomsen IK and Chenu C (2012) The moisture response of soil heterotrophic respiration: interaction with soil properties. Biogeosciences. 9: 1173-1182.
  • Nykanen VPS, Nykanen A, Puska MA, Goulart-Silva G and Ruokolainen J (2011) Dual-reponsive and super absorbing thermally cross-linked hydrogel based on methacrylate substituted polyphosphazene. Soft Matter. 7: 4414-4424.
  • Pandy RK and Maranvill JW (2000) Deficit irrigation and nitrogen effects on maize in a Sahelian environment II. Shoot growth, nitrogen uptake and water extraction. Agricultural Water Management. 46: 15-27.
  • Reddy KS, Maruthi V and Umesha B (2015). Influence of super absorbent polymers on infiltration characteristics of alfisols in semi-arid region. Indian Journal of Dryland Agricultural Research and Development. 30(2): 11-16.
  • Rezashateri M, Khajeddin SJ, Abedi-Koupai J, Majidi MM and Matinkhah H (2017) Growth characteristics of Artemisia sieberi influenced by super absorbent polymers in textureally different soils under water stress condition. Archives of Agronomy and Soil Science. 63(7): 984-997.
  • Ruqin F, Jia L, Shaohua Y, Yunlai Z and Zhenhua Z (2015) Effects of biochar and super absorbent polymer on substrate properties and water spinach growth. Pedosphere. 25(5): 737-748.
  • Tatrai ZA, Sanoubar R, Pluhar Z, Mancarella S, Orsini F and Gianquinto G (2016). Morphological and Physiological plant responses to drought stress in Thymus citriodorus. International Journal of Agronomy. 2016: 1-8.
  • Xie L, Liu M, Ni B, Zhang X and Wang Y (2011) Slow-release nitrogen and boron fertilizer from a functional superabsorbent formulation based on wheat straw and attapulgite. Chemical Engineering Journal. 167: 342-348.
  • Zak DR, Holmes WE and White DC (2003) Plant diversity, microbial communities, and ecosystem function: are there and links. Ecology. 84: 2042-2050.
  • Zhong K, Zheng XL, Mao XY, Lin ZT and Jiang GB (2012) Sugarcane bagasse derivative-based superabsorbent containing phosphate rock with water-fertilizer integration. Carbohydrate Polymers. 90, 820-826.
Volume 34, Issue 2
August 2021
Pages 316-330
  • Receive Date: 13 April 2018
  • Revise Date: 30 July 2019
  • Accept Date: 26 August 2019